彩虹新设电子玻璃研究院,关于显示用玻璃的详细参数和壁垒你了解多少?

即便TFE 封装技术和柔性显示技术越发火热, 但是最少在现在的显示屏生产中, 玻璃依然是其不可缺少的一个组成部分。

现阶段柔性显示依然需要在刚性玻璃背板上制作而TFE 虽然可以从某种程度上取代封装玻璃, 但是特别对于小尺寸屏幕来说, 坚固盖板玻璃依然是其运用场景中必不可少的一个重要组成部分。

对于大尺寸的TFT-LCD 面板, 其最少需要2 张玻璃(TFT+CF), 而对于OLED 其最少需要一张玻璃(TFT)。

即便是大行其道的小尺寸屏幕, 其在现阶段依然对盖板玻璃。可见玻璃在显示中的重要性在未来几年中依然会保持不变。

Porter‘s 5 Forces 分析法可以用分析某行业甚至到具体公司未来的发展方向。在缺乏相关数据的情况下, 仅在此进分析该行业的进入壁垒情况。

• 资金进入壁垒: 和下游显示屏制造相比, 玻璃生产资金进入壁垒较低。对于一条6 代TFT 基板玻璃产线的投资额大概在7 亿左右。

• 退出渠道: 与显示屏制造相比, 玻璃生产线比较容易推出和转型。

比如背板玻璃产线可以通过适量的调整后转为盖板玻璃的同时,产线中铂金设备(大概占投资额29% ~43%)可以变卖后回收。所以玻璃生产推出资金压力不大。

Fig 1 背板玻璃产线和盖板玻璃产线之间的转换⁽¹⁾

当选择将背板玻璃转化为盖板玻璃时, 后续改造成本并不很大。对于产线而言只需要在掌握配方的同时, 对产线进行一定的改造,改造时间1~2 个月。

(13 年康宁成功的将其台湾基板产线逐步转化为大猩猩盖板产线)而对于盖板玻璃向背板玻璃转化时, 其其后续投入改造成本升高的同时, 技术上也存在较大难度。

除去更改配方外, 玻璃生产炉要去除盖板玻璃生产时带来碱金属污染的同时, 还需要采用耐温性更高的设备。

一般改造时间需要数月(3 个月以上, 且业内实践不多)。

• 技术壁垒: 一般而言壁垒可以进一步分为准入技术壁垒和学习曲线壁垒(瞎掰的)。技术壁垒可以进一步分为:

除去进入技术壁垒外, 背板玻璃的生产亦存在持续的学习曲线壁垒, 其具体表现在对于产品良率的提升和持续的对产品升级改进上。

从现有显示产业来看, 无论是TFT-LCD 亦或AMOLED, 玻璃基板都是其生产所需的重要材料。

根据显示技术、器件结构和应用场景的不同(如是否需要触摸屏和触摸屏技术的不同), 会额外需要单层或多层的玻璃。

若仅考虑显示屏本身, 则:

• AMOLED 中最少需要1 张玻璃基板: TFT-arrary 板(封装可以采用盖板玻璃或者薄膜封装)。

• TFT-LCD 中最少需要2 张玻璃基板: TFT-arrary 板和CF 彩膜板。

显示屏生产用的玻璃可以按照其成分分为有碱玻璃和无碱玻璃, 而无碱玻璃根据As 和Sb 的含量不同又分为⁽³⁾:

• 普通玻璃: As 和Sb 含量≥0.1%。

• 绿色玻璃: As 和Sb 含量<0.1%。

Fig 3 Display 用玻璃分类

在PMLCD 中会采用钠碱玻璃来降低生产成本, 但是在AM 型显示器件中, 则不能采用钠碱玻璃。

因为TFT 制作时因为制程温度较高(> 300 ℃), 在高温下钠碱玻璃中的碱金属离子会扩散到薄膜中, 由此破坏TFT 的特性并导致开关功能失效。

Table 1 显示屏用的玻璃分类⁽²⁾

为了满足显示生产需要, TFT 用的玻璃需要满足以下几个参数⁽¹⁾:

• 高的玻璃化温度: 在显示屏生产中, 特别是TFT 工艺中, 玻璃基板需要反复加热处理。则要求基板在较高温度下保持良好的刚性的同时避免粘滞流动。

• 良好的化学稳定性: 玻璃在使用前需要经过多重清洗流程和刻蚀流程。常见的液体除去离子水以外弱酸或弱碱型洗涤剂外, 还包含光刻时会采用的蚀刻液, 如。所以玻璃需要较高的化学稳定性和耐腐蚀性。

Table 2 Display 生产中常用的几种溶液⁽²⁾

一般TFT 用的玻璃基板物理参数如Table 3 所示。

Table 3 TFT-LCD 玻璃基板的物理参数⁽²⁾

一般TFT 用的玻璃基板成分分为主体材料和其他材料。

各种材料的成分和作用简列如下⁽¹⁾:

Table 4 TFT-LCD 用玻璃化学组成1⁽²⁾

Table 5 TFT-LCD 用玻璃化学组成2⁽¹⁾

Fig 4 Glass Manufacturing Flow

FDP 中玻璃可以分为前工序(前端)和后工序(后端)。前端工艺主要是对玻璃基板进行制作, 而后端主要是对前端制作的基板进行切割、研磨和抛光以满足FDP 制作的需要。前端厂和后端厂工艺相对独立且无需建设在一起, 一般后端厂会建设在FDP 面板厂附近, 如此可以在降低成本的同时方便对产线的供应。

现在玻璃的生产方式主要为3 种, 浮法、狭缝下拉法和溢流熔融法。三种方法的产能和工艺如Table 6 所示。

Table 6 Making Methods^{(2) (3)}

**成都中光电于17 年量产0.1mm & 0.2 mm TFT-LCD 用玻璃基板(Array 或CF 用未知)

**浮法工艺据传在逐渐被淘汰

Table 7 2016 年海外主要背板玻璃厂商和产线分布⁽³⁾

• 极高的表面光洁度

• 极高的表面硬度和防刮伤性能

• 极高的表面强度

• 较高的尺寸控制

• 极高的硬度(8H)和透过率

盖板玻璃的主要原料为高纯石英砂、碳酸钠、硝酸钾、锆石粉、氧化铝、碳酸钾、氧化镁和芒硝等。其中各原材料化学成分如Table8 所示。

Table 8 高铝玻璃所需要的材料以及各原材料的纯度要求⁽¹⁾

盖板玻璃的产业链可以分为三个部分。

Fig 5 盖板玻璃产业链⁽³⁾

盖板高铝玻璃主要通过溢流法和浮法制作。两个工艺的性能对比如Table 9 所示而全球主要盖板玻璃厂商产品和采用技术如Table 10所示。

Table 9 液流加压法和浮法对比(3)

Table 10 全球盖板玻璃厂商产品和技术(1)

References

1. 液晶面板主要材料之基板玻璃, 显示世界, http: //mp.weixin.qq.com/s/pmtTe16QT0ebceeSJZ1D5w (2017)

2. Source* 申智渊, TFT-LCD 技术: 结构、原理及制造技术, 2012, ISBN978-7-121-15335-8 (2017)

3. 玻璃产业基板产业报告, 显示世界, http: //mp.weixin.qq.com/s/NtON_co-n_kA0zLksIyPlA (2016)